變頻器常見故障分析及處理

作者：admin    時(shí)間：2019-06-08

變頻器一般具有高度的智能化水平和完善的故障檢測(cè)電路，并能對(duì)所有的故障進(jìn)行精確的定位，在HMI界面做出提示。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常遇到故障主要有光纖故障、過電壓故障、缺相故障、過熱故障、驅(qū)動(dòng)故障等，現(xiàn)就這些故障發(fā)生的原因和處理方式作簡(jiǎn)要分析。

1 光纖故障

在變頻器中功率單元屬于高壓部分（動(dòng)力部分），控制器屬低壓部分，為實(shí)現(xiàn)低壓與高壓隔離，已保證極高的安全性，同時(shí)控制器與功率單元有一定的安全距離，為保證在遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸中仍然具有很好的抗電磁干擾性能，控制器與功率單元之間采用光纖通信技術(shù)，光纖及光纖信號(hào)發(fā)送/接收器作為控制器與功率單元的通信介質(zhì)。

出現(xiàn)光纖故障一般有以下幾種情況：

功率單元與控制器之間的光纖連接頭脫落或者接觸不良；

光纖信號(hào)發(fā)送/接收器內(nèi)部積灰嚴(yán)重；

光纖折斷；

光纖通信電路控制板部分器件損壞或者受溫度影響工作不穩(wěn)定，如器件老化、芯片插座松動(dòng)等。

出現(xiàn)光纖故障時(shí)，首先需要判斷是功率單元側(cè)出現(xiàn)故障還是控制器側(cè)故障，在不明確哪一側(cè)的情況下，應(yīng)在變頻器斷電后，根據(jù)HMI界面的故障記錄用備用功率單元替換所懷疑有故障的功率單元，然后重新上電，如果故障消失則可判定屬功率單元故障，如果故障依然存在則應(yīng)是控制單元故障，此時(shí)應(yīng)更換控制器中的光纖通信板。

2 過電壓故障

變頻器過電壓故障是各種功率單元內(nèi)直流母線電壓達(dá)到危險(xiǎn)程度后采取的保護(hù)措施，在處理此類故障時(shí)要分析清楚故障原因，有針對(duì)性地采取相應(yīng)的措施去處理。

正常情況下，直流母線為三相交流輸入線電壓的峰值，即如輸入為AC400V，則直流母線電壓Ud=1.411×400=565.6V。在過電壓發(fā)生時(shí)，直流母線的儲(chǔ)能電容電壓將上升，但電壓上升到一定值時(shí)（通常為正常值的10%～20%），變頻器的過電壓保護(hù)動(dòng)作。

而引起變頻器中間直流回路過電壓的原因主要有兩方面:

1）來自電源輸入側(cè)的過電壓。

正常情況下輸入電壓波動(dòng)在額定電壓-10%～10%以內(nèi)，但是特殊情況下，電源電壓波動(dòng)可能過大，由于直流母線電壓隨電源電壓上升，達(dá)到保護(hù)值時(shí)變頻器就因過電壓保護(hù)跳閘。電源輸入側(cè)過電壓主要由于電源側(cè)沖擊過電壓，如雷電引起的過電壓、補(bǔ)償電容在投入或退出時(shí)形成的過電壓等。主要特點(diǎn)是電壓變化率du/dt和幅值都很大，此時(shí)最好斷開電源進(jìn)行檢查處理。

2）來自負(fù)載側(cè)過電壓。

由于某種原因使電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，即電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速比變頻器頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高時(shí)，負(fù)載的傳動(dòng)系統(tǒng)所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過各個(gè)功率單元逆變橋的四個(gè)IGBT管中的續(xù)流二極管返回到直流母線，這些能量導(dǎo)致直流回路的電解電容的電壓迅速上升引起過電壓。

其現(xiàn)場(chǎng)操作的主要處理方法是延長(zhǎng)變頻器減速時(shí)間參數(shù)，當(dāng)變頻器拖動(dòng)大慣性負(fù)載時(shí)，由于減速時(shí)間設(shè)定過小，在減速過程中，變頻器減速速度過快，而負(fù)載由于依靠其自身阻力減速的比較慢，使負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的速度大于變頻器頻率所對(duì)應(yīng)的速度，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。

有些變頻器還設(shè)置防止減速過電壓功能，即在減速過程中，檢測(cè)直流母線電壓達(dá)到一定值時(shí)，變頻器的輸出頻率不再下降，暫緩減速，待直流母線電壓下降后再繼續(xù)減速，避免出現(xiàn)直流母線過電壓。

3 缺相故障

缺陷故障保護(hù)是指變頻器各功率單元交流輸入側(cè)電壓三相中至少有一相缺少而采取的保護(hù)，出現(xiàn)缺相時(shí)會(huì)引起整流模塊發(fā)熱、過流以及直流母線電壓降低，雖然在缺相狀態(tài)下設(shè)備也能繼續(xù)運(yùn)行，但整流橋中個(gè)別器件電流過大及電解電容的脈沖電流過大，長(zhǎng)期運(yùn)行將對(duì)變頻器的壽命和可靠性造成不良影響，應(yīng)及時(shí)處理。處理時(shí)應(yīng)根據(jù)具體原因進(jìn)行。

主要原因有：電網(wǎng)發(fā)生故障或輸入電源缺相；移相整流變壓器二次側(cè)短路；整流變壓器三相進(jìn)線接線螺栓松動(dòng)，或者整流變壓器與功率單元的連接線路松動(dòng)故障等；缺相檢測(cè)保護(hù)電路異常，這種情況更換檢測(cè)板即可。

4 過熱故障

變頻器在運(yùn)行中由于功率器件整流橋、IGBT管、移相整流變壓器等自身消耗功率會(huì)散熱，內(nèi)部溫度較高，如果熱量不及時(shí)散出，長(zhǎng)期對(duì)變頻器的壽命大大降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起元器件損壞，功率單元過熱保護(hù)主要是功率器件在一定電流下運(yùn)行，器件基板的溫度達(dá)到規(guī)定的溫度時(shí)采取的一種保護(hù)措施，變頻器元器件消耗功率主要包括通泰損耗和開關(guān)損耗，其結(jié)果使基板溫度tc和半導(dǎo)體結(jié)溫tj上升。

一般能引起功率單元過熱原因有以下幾方面：環(huán)境溫度過高，散熱效果差，變頻器內(nèi)部溫度高；測(cè)溫元件連接線斷開或元件出現(xiàn)故障；功率單元冷卻風(fēng)機(jī)故障；進(jìn)風(fēng)口或出風(fēng)口不通暢，風(fēng)道阻塞或?yàn)V網(wǎng)堵塞；變頻器長(zhǎng)時(shí)間過載運(yùn)行；過溫監(jiān)測(cè)電路出現(xiàn)異常。

變頻器出現(xiàn)過熱故障時(shí)，可按以上原因排除處理。

5 驅(qū)動(dòng)單元故障

IGBT是變頻器最關(guān)鍵的功率器件，具有電流容量大、工作頻率范圍寬能優(yōu)點(diǎn)。對(duì)IGBT管的保護(hù)一般都為過電流保護(hù)，即IGBT保護(hù)電路檢測(cè)輸出端或者直流環(huán)節(jié)的總電流，當(dāng)電流超過設(shè)定值時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)封鎖所有的IGBT驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖，使輸出電流降為零，同時(shí)給CPU處理器發(fā)出故障信號(hào)。

通常引起變頻器驅(qū)動(dòng)故障原因有以下幾種：變頻器輸出短路；功率單元內(nèi)IGBT被擊穿；驅(qū)動(dòng)檢測(cè)電路損壞；檢測(cè)電路被干擾。

通常情況下，變頻器出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)故障后，要杜絕輕易貿(mào)然復(fù)位變頻器后再次重新啟動(dòng)，以防止變頻器的二次損壞。正確處理措施是根據(jù)監(jiān)控界面的故障定位找到相應(yīng)的模塊，拆開檢查IGBT是否損壞。

具體判斷方法是：找到功率單元內(nèi)部直流母線的正極V+及負(fù)極V-，用數(shù)字萬用表二極管檔，將黑表筆接到V+，紅筆分別接到U、V上，此時(shí)表指示數(shù)值應(yīng)該顯示在0.4左右，反向則應(yīng)該顯示無窮大；將紅表筆接到V-上，重復(fù)以上步驟，應(yīng)得到相同的結(jié)果，否則可判斷IGBT管已損壞。